1、- 1 -碳、硅及其化合物基础题1下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不易腐蚀 水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A BC D解析：水玻璃是 Na2SiO3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，正确；沙子不是硅酸盐制品，不正确；光导纤维的主要成分是 SiO2，不正确。答案：C2下列物质：氢氟酸；浓 H2SO4；烧碱溶液；Na 2CO3固体；氧化钙；浓HNO3。其中在一定条件下能与 SiO2反应的有( )A BC D全部解析：SiO 2不溶于除 HF之外的任何酸，因此 SiO2与浓 H2SO4、浓
2、HNO3不反应。答案：C3硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是( )A陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐B水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂C某硅酸盐的化学式为 KAlSi3O8，可用 K2OAl2O36SiO2表示D高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池解析：水晶的主要成分是 SiO2，其不属于硅酸盐，A 项错误；水玻璃是 Na2SiO3的水溶液，属于混合物，B 项错误；用于制造光导纤维的是二氧化硅，用于制造太阳能电池的是高纯硅，D项错误。答案：C4硅烷(SiH 4)在空气中易自燃或爆炸，可作橡胶等产品的偶联剂，硅烷的制备方法为Mg2Si4HCl=
3、 =2MgCl2SiH 4。下列说法不正确的是( )A制备硅烷的反应属于复分解反应B硅烷自燃反应中的氧化剂是 SiH4C硅烷自燃产生 SiO2和 H2OD制备硅烷时应隔绝氧气解析：硅烷自燃反应中的氧化剂是 O2，B 错误。答案：B5某合金材料含铁和硅，研磨后取等量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀 NaOH溶液中，放出等量的 H2，则该材料中铁和硅的关系正确的是( )A物质的量之比为 11B物质的量之比为 12C质量之比为 41D质量之比为 21解析：合金材料(含铁和硅)分别投入足量稀盐酸、足量的稀 NaOH溶液中，发生的反应为 Fe2HCl= =FeCl2H 2、 Si2NaOHH 2O=
4、Na2SiO3 2H2。由题意可知，等量的合金材料样品分别与足量稀盐酸、足量 NaOH溶液反应，放出等量的 H2，则有 n(Fe)2 n(Si)，即n(Fe) n(Si)21，从而可知 m(Fe) m(Si)(256)(128)41。答案：C6从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：SiO 22C Si(粗)2CO= = = = =高 温 Si(粗)2Cl 2 SiCl4= = = = = - 2 -SiCl 42H 2 Si(纯)4HCl= = = = =高 温 关于上述反应的叙述不正确的是( )A、是置换反应，是化合反应B高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C任一反应中，每消耗或生成 28 g
5、硅，均转移 4 mol电子D高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅解析：在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的还原性强，B 正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成 28 g(1 mol)硅，均转移 4 mol电子，C 正确；题中的三个反应是在三个不同反应器中发生，D 错误。答案：D7从石墨中分离出来的石墨烯是最薄、最坚硬、几乎透明的物质，可制成电阻率最小的纳米材料，其结构如图所示。下列关于石墨烯的说法不正确的是( )A具有良好的导电性和透光性B石墨烯属于新型有机化合物，熔沸点较高C石墨烯、金刚石互为同素异形体D在氧气中燃烧可能生成 CO2、CO 或二者的混合物
6、解析：石墨烯可制成电阻率最小的纳米材料，说明石墨烯具有良好的导电性，由于最薄且透明，故也具有良好的透光性，A 正确；石墨烯属于碳的单质，不是新型有机化合物，B错误；石墨烯、金刚石是同种元素形成的不同单质，互为同素异形体，C 正确；石墨烯属于碳的单质，碳能在氧气中燃烧，完全燃烧时生成 CO2，不完全燃烧时生成 CO，D 正确。答案：B8下列说法正确的是( )A氨常用作制冷剂，是因为其沸点极低，很容易液化B光导纤维具有很强的导电能力，所以大量用于制造通信光缆CSiCl 4在战争中可用作烟雾弹，是因为它与水反应时生成白色烟雾D用洁净的铂丝蘸取某溶液，在酒精灯火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察到火焰颜色为
7、紫色，说明原溶液中不含 Na解析：氨常用作制冷剂，是因为液氨汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧下降，A项错误；光导纤维用于制造通信光缆，是利用光的全反射原理，光导纤维不能导电，B 项错误；SiCl 4用作烟雾弹，是因为 SiCl4与水反应生成的 H2SiO3和 HCl在空气中形成白色烟雾，C项正确；进行焰色反应时，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色，只能说明原溶液中含有K ，但不能确定其中是否含有 Na ，D 项错误。答案：C9硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是( )A氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为 Si3N4B碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高
8、，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为 SiO2D二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为 12解析：A 项，在氮化硅中 N元素为3 价，Si 元素为4 价，则化学式为 Si3N4，正确；D项，在 SiO2晶体中，一个硅原子与周围 4个氧原子形成 4个硅氧单键，错误。答案：D10如图是二氧化硅及其化合物的流程，下列说法正确的是( )- 3 -ASiO 2属于两性氧化物B盛放 Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞C硅胶吸水后可重复再生D图中所示转化反应都是氧化还原反应解析：SiO 2是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A 错；在图示
9、转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应。答案：C11将适量纯硅粉与纯钠按一定比例混合溶于足量水中，恰好完全反应，转移电子数为1.8061023。硅与钠的质量比为 X，在标准状况下收集到的气体为 V L。下列推断正确的是( )A B C DX 1423 12 21 1423V 6.72 4.48 4.48 3.36解析：依题意，发生的反应为2Na2H 2O=2NaOHH 2、Si 2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2，恰好完全反应，则 n(Si)n(Na)12， m(Si) m(Na)28461423。根据转移电子数相等，上述反应中，只有氢离子得电子， V(H2)
10、 22.4 Lmol1 3.36 L。1.80610236.021023 mol 12答案：D12在常温下 Y既能与 X反应，又能与 Z反应且都是非氧化还原反应的是(可以在水溶液中)( )选项 X Y ZA SiO2 HF SiB C CO2 Na2CO3C Ca(HCO3)2Na2CO3HNO3D NaOH CO Na2O2解析：A 项，氢氟酸与硅的反应是氧化还原反应；B 项，CO 2与 C的反应是氧化还原反应；C项，碳酸氢钙溶液与碳酸钠溶液反应可生成碳酸钙，碳酸钠溶液与硝酸反应可生成二氧化碳，都是非氧化还原反应；D 项，CO 与氢氧化钠、过氧化钠均不反应。答案：C13工业上，用二氧化硅与焦
11、炭在高温下反应制Si：SiO 22C Si2CO，副反应为 SiC SiC(金刚砂)。= = = = =高 温 = = = = =高 温 请回答下列问题：(1)工业上，冶炼粗硅时焦炭的作用是_。(填序号)氧化剂 还原剂 燃料 催化剂若粗硅中含有较多的碳化硅，主要原因是_- 4 -_。(2)碳化硅俗名金刚砂，它具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。若用二氧化硅与焦炭制备金刚砂，产品中混有杂质硅和二氧化硅，主要原因是_。(3)某碳化硅样品中混有 Si、SiO 2。将 20.0 g该样品加入到过量的氢氧化钠溶液中，充分反应，收集到 2 240 mL氢气(标准状况)，过滤得到 11.4 g SiC固体
12、，滤液稀释至 500 mL。写出有关反应的离子方程式：_；稀释后溶液中硅酸钠的物质的量浓度为_。解析：(1)在粗硅冶炼中，焦炭作还原剂和燃料，焦炭燃烧提供能量。若焦炭投料较多，部分碳与硅反应生成碳化硅。(2)如果制备碳化硅，投入焦炭量较少，二氧化硅、硅会残留在产品中。(3)n(H2) 0.1 mol，由 Si2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2知，样品中2.24 L22.4 Lmol 1硅单质的物质的量为 0.05 mol，质量为 0.05 mol28 gmol1 1.4 g，所以样品中二氧化硅的质量为 20.0 g1.4 g11.4 g7.2 g，物质的量为 7.2 g60 gmol1
13、 0.12 mol，生成的硅酸钠的物质的量为 0.05 mol0.12 mol0.17 mol，溶液体积为 0.5 L，故硅酸钠溶液的物质的量浓度为 0.34 molL1 。答案：(1) 焦炭投料较多(2)焦炭投料较少(3)Si2OH H 2O=SiO 2H 2、SiO 22OH =SiO H 2O 0.34 molL 123 23能力题14硅是带来人类文明的重要元素之一，在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个奇迹。(1)新型陶瓷 Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在 H2的作用下，使 SiCl4与 N2反应生成 Si3N4沉积在石墨表面，该反应
14、的化学方程式为_。(2)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下：已知硅的熔点是 1 420，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。N 2净化时，铜屑的作用是：_；硅胶的作用是_。在氮化炉中反应为 3Si(s)2N 2(g)=Si3N4(s) H727.5 kJ/mol，开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的原因是_。X 可能是_(选填“盐酸” “硝酸” “硫酸”或“氢氟酸”)。(3)工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅：整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl 3遇水剧烈反应，该反应的化学方程式为_。- 5 -假设每一轮次制备 1 mol
15、纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应中 HCl的利用率为 90%，反应中 H2的利用率为 93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入 HCl和 H2的物质的量之比是_。解析：(1)工业上采用化学气相沉淀法制备 Si3N4的反应中，反应物是 H2、SiCl 4和 N2，根据质量守恒，除了 Si3N4外，含有 HCl气体生成，从而写出该反应的化学方程式。(2)氮气中含有少量氧气及水蒸气，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀产品 Si3N4，因此需要将氮气净化，用 Cu除去氧气，硅胶除去水蒸气。氮化炉温度为 1 2001 400，硅的熔点为 1 420，该反应是放热反应，严格控制氮气流速，以控制温度为
16、1 2001 400，防止硅熔化成团，阻碍硅与氮气充分接触。Si 3N4与氢氟酸反应，而硝酸不反应，且稀硝酸可将硅块中的 Fe、Cu 杂质溶解而除去。(3)SiHCl 3与 H2O反应生成 H2SiO3、盐酸和 H2。制取 1 mol纯硅第一轮次：反应 Si 3HCl SiHCl3H 2，= = = = =一 定 条 件 1 mol 3 mol/90% 1 mol 1 mol反应 SiHCl 3 H 2 Si 3HCl，= = = = =一 定 条 件 1 mol 1 mol/93.75% 1 mol 3 mol第二轮次生成中，需补充 HCl物质的量为 3 mol/90%3 mol，需补充 H2物质的量为 1 mol/93.75%1 mol，则 n(HCl) n(H2)(3 mol/90%3 mol)(1 mol/93.75%1 mol)51。答案：(1)3SiCl 42N 26H 2=Si3N412HCl(2)除去原料气中的氧气 除去水蒸气 这是放热反应，防止局部过热导致硅熔化熔合成团，阻碍与 N2的充分接触 硝酸(3)SiHCl 33H 2O=H2SiO33HClH 251
